- 示波管的构造及其工作原理
- 共89题
如图所示为电子显示仪器（如示波器）的核心部件．如图所示，左边部分为加速装置，阴极产生的热电子（电荷量为e，质量为m）由静止开始经加速电压μ1加速后，进入板长为l，间距为d，直流电压为μ2的偏转电场区域，偏转区域右侧为荧光屏，电子轰击荧光屏能够显示出光斑P．依据上述信息，求：
（l）电子离开加速电场时的速度大小；
（2）电子离开偏转电场时的速度与进入时速度的夹角的正切值；
（3）若把某时刻做为计时起点t=0，从该时刻起显示屏由静止开始向左做加速度为a的匀加速直线运动，试定量说明光斑在屏上的运动性质．
正确答案
（1）电子在加速电场中，根据动能定理得，eu1=
则得：v=
（2）电子在偏转电场中运动的时间 t=
加速度 a=
电子离开偏转电场时竖直分速度大小 vy=at ⑤
在偏转电场中的偏转角的正切 tanθ=
联立②③④⑤⑥得：tanθ=
（3）光屏在t时间内向左运动的位移 x=
光斑在竖直方向的位移 y=xtanθ=
可知光斑在竖直方向上做初速度为0、加速度为
答：
（l）电子离开加速电场时的速度大小为
（2）电子离开偏转电场时的速度与进入时速度的夹角的正切值为
（3）光斑在竖直方向上做初速度为0、加速度为
（1）如图1所示的实验装置中，平行板电容器的极板B与一静电计相接，极板A接地，静电计此时指针的偏角为θ．下列说法正确的是：______；
A．将极板A向左移动一些，静电计指针偏角θ变大
B．将极板A向右移动一些，静电计指针偏角θ不变
C．将极板A向上移动一些，静电计指针偏角θ变大
D．在极板间插入一块玻璃板，静电计指针偏角θ变大
（2）在一次探究活动中，某同学用如图2（a）所示的装置测量铁块A与放在光滑水平桌面上的金属板B之间的动摩擦因数，已知铁块A的质量mA=1.5kg，用水平恒力F向左拉金属板B 使其向左运动，弹簧秤示数的放大情况如图所示，则 A、B间的动摩擦因数μ=______．（g=10m/s2）该同学还设计性地将纸带连接在金属板B的后面，通过打点计时器连续打下一些计时点，取时间间隔为 0.1s的几个点，如图2（b）所示，各相邻点间距离在图中标出．则在打C点时金属板被拉动的速度v=______m/s，金属板的加速度为a=______m/s2（B作匀加速运动）．
（3）．某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度l，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径d，示数如图3．由图可读出l=______cm，d=______mm．
（4）用示波器观察某交流信号时，在显示屏上显示出一个完整的波形，如图4所示：经下列四组操作之一，使该信号显示出两个完整的波形，且波形纵向幅度增大．此组操作是______．（填选项前的字母）
A．调整X增益旋钮和竖直位移旋钮
B．调整X增益旋钮和扫描微调旋钮
C．调整扫描微调旋钮和Y增益旋钮
D．调整水平位移旋钮和Y增益旋钮
正确答案
（1）由题意，电容器所带电量Q保持不变，静电计指针张角变大，板间电势差U变大，由U=
A、将极板A向左移动一些，d变大，U变大，故A正确
B、由A分析得，B错误
C、将极板A向上移动一些，S变小，U变大，故C正确
D、在极板间插入一块玻璃板，ɛ变大，U变小，故D错误
故选AC
（2）选铁块为研究对象，由平衡条件知，弹簧测力计的示数就等于滑动摩擦力的大小，而由图知，弹簧测力计读数为4.5N，
由f=μN=μmg，故μ=
vC=
利用△x=aT2可求得加速度a=
（3）游标卡尺读数为2.2cm+4×0.1mm=2.24cm；螺旋测微器读数为：6.5mm+36.0×0.01mm=6.860mm
（4）当扫描频率与正弦信号频率相等时显示一个完整的正弦波形．欲显示两个完整的正弦波形，必须有正弦信号的频率是扫描频率的两倍，所以必须调整扫描微调旋钮．欲增大波形幅度，可调整Y增益或衰减旋钮．故C正确．
故答案为：（1）AC （2）0.30；0.80；0.63 （3）2.24；6.860 （4）C
图示为示波管的部分示意图，竖直YY'和水平XX'偏转电极的板长都为l=4 cm，电极间的距离都为d=1 cm，YY'、XX'板的右端到荧光屏的距离分别为18 cm和12 cm，两偏转电场间无相互影响。电子束通过A板上的小孔沿中心轴线进入偏转电极时的速度v0=1.6×107 m/s，元电荷的电荷量e=1.6×10-19 C，电子的质量 m=0.91×10-30 kg。当偏转电极上不加电压时，电子束打在荧光屏上的O点。
(1)令偏转电极XX'上电压为零，要使电子束不打在偏转电极YY'的极板上，加在偏转电极YY'上的偏转电压U不能超过多大？
(2)若在偏转电极XX'上加Ux=45.5sin(100πt)V的电压，在偏转电极YY'上加Uy=45.5cos(100πt)V的电压，求电子在荧光屏上的x、y坐标随时间变化的关系式。
正确答案
解：(1)在中心轴线方向上，有：
在轴线侧向，有：
要使电子束不打在偏转电极的极板上，则
代入数据解得：U≤91 V
(2)由
而电场的变化周期
故可认为电子通过偏转电场的过程中板间电场为匀强电场
设电子通过偏转电场过程中产生的侧向速度为v侧，偏转角为θ，则电子通过偏转电场时有：
设偏转极板右端到荧光屏的距离为L，电子在荧光屏上偏离O点的距离s=(
因此电子在荧光屏上的x、y坐标分别为：x=0.018sin(100πt) m，y=0.025cos(100πt)m
（1）用示波器观察频率为900Hz的正弦电压信号．把该信号接入示波器Y输入．
①当屏幕上出现如图1所示的波形时，应调节______钮．如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节______钮或______钮，或这两个钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内．
②如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将______钮置于______位置，然后调节______钮．
（2）碰撞的恢复系数的定义为e=
的速度，v1和v2分别是碰撞后物体的速度．弹性碰撞的恢复系数e=1，非弹性碰撞的e＜1．某同学借用验证动力守恒定律的实验装置（如图所示）验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2（它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞），且小球1的质量大于小球2的质量．
实验步骤如下：
安装好实验装置，做好测量前的准备，并记下重锤线所指的位置O．
第一步，不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上．重复多次，用尽可能小的圆把小球的所落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置．
第二步，把小球2 放在斜槽前端边缘处C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞．重复多次，并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置．
第三步，用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度．
上述实验中，
①P点是______平均位置，M点是______平均位置，N点是______平均位置．
②请写出本实验的原理______，写出用测量量表示的恢复系数的表达式______．
③三个落地点距O点的距离OM、OP、ON与实验所用的小球质量是否有关系？
正确答案
（1）因波形失真，应调节竖直位移或↑↓钮使整个波形平移，以使波形完整；
故答案为：竖直位移或↑↓，衰减或衰减调节，y增益；
②如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节衰减或衰减调节钮或Y增益钮，或这两个钮配合使用，以使正弦波的整个波形被压缩，以使波形完整出现在屏幕内；
故答案为：扫描范围，1k挡位，扫描微调；
（2）①根据题意可知，P点是在实验的第一步中小球1落点的平均位置，M点是小球1与小球2碰后小球1落点的平均位置，N点是小球2落点的平均位置；
故答案为：实验的第一步中小球1落点的，小球1与小球2碰后小球1落点的，N点是小球2落点的．
②小球做平抛运动，高度决定时间，故时间相等，设为t，则有
op=v10t
OM=v1t
ON=v2t
小球2碰撞前静止，即
v20=0；
因而碰撞系数为
e=
故答案为：小球从槽口C飞出后作平抛运动的时间相同，假设为 t，则有op=v10t，OM=v1t，ON=v2t，小球2碰撞前静止，即v20=0；e=
③平抛运动高度决定时间，水平射程由初速度和时间共同决定，因而OP与小球的质量无关，但由于两球碰撞过程动量守恒，根据动量守恒定律平抛的初速度与小球的质量有关，因而OM和ON也与小球的质量有关；
故答案为：OM与实验所用的小球质量没有关系，OP、ON与实验所用的小球质量有关系．
如图所示为一真空示波管，电子从灯丝K发出（初速度不计），经灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中（偏转电场可视为匀强电场），电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P点。已知加速电压为U1，M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，电子的质量为m，电荷量为e。求：
（1）电子穿过A板时的速度大小；
（2）电子从偏转电场射出时的侧移量；
（3）P点到O点的距离。
正确答案
解：（1）设电子经电压U1加速后的速度为v0，根据动能定理得：
eU1=
（2）电子以速度v0进入偏转电场后，垂直于电场方向作匀速直线运动，沿电场方向作初速度为零的匀加速直线运动。设偏转电场的电场强度为E，电子在偏转电场运动的时间为t1，电子的加速度为a，离开偏转电场时相对于原运动方向的侧移量为y1，根据牛顿第二定律和运动学公式得：
F=eE，E=
解得：y1=
（3）设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为vy，根据运动学公式得：vy=at1=
电子离开偏转电场后作匀速直线运动，设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2，电子打到荧光屏上的侧移量为y2，如图所示
t2=
解得：y2=
P到O点的距离为y=y1+y2=
扫码查看完整答案与解析